اتم

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
اتم هلیوم
اتم گوشت
نمایشی از اتم هلیوم. هسته با رنگ صورتی و ابر توزیع الکترون‌ها با رنگ سیاه نشان داده شده‌است. هسته اتم هلیوم-۴ (نشان داده شده در راست-بالا) که از دو پروتون و دو نوترون تشکیل شده است، در حقیقت کروی شکل بوده و شباهت زیادی به ابر الکترونی آن دارد. هرچند در مورد اتم‌های پیچیده‌تر چنین نیست. طول مستطیل سیاه، یک آنگستروم است.
رده
کوچکترین جز در شیمی عناصر
مشخصات
جرم: ≈ ۱٫۸۹۶×۱۰-۲۷ to 4.52×۱۰-۲۵ kg
بار الکتریکی: ۱۶۴
قطر: (قطر به عنصر و ایزتییبلپ اتم بستگی دارد)‎ 31 pm (He) تا 520 pm (Cs)‎
انواع اتمهای که تاکنون دیده شده‌است: ~۱۰۸۰>. 

اَتُم (به یونانی: Άτομο به معنی «ناگسستنی») کوچکترین واحد تشکیل دهنده یک مادهٔ ساده است که می‌تواند به کمک پیوند شیمیایی به اتمی دیگر متصل گردد.[۱] تئوری مکتب اتم گرایی که از عقیدهٔ تشکیل مواد از ریزدانه‌های نادیدنی (در برابر عقیده به تفکیک‌پذیر بودن مواد به ذرات نامتناهی) دفاع می‌کرد از تاریخ باستان شناخته شده بود.
ابتدا توسط دانشمند ایرانی هوشتانه (به یونانی اوستن یا اوستانوس) که در لشگرکشی خشایارشاه به یونان با او همراه بود و در آنجا به آموزش کیمیا می‌پرداخت طرح گردید.[۲] مکتب آموزشی او چنان مورد استقبال قرار گرفت که بنا به گفتهٔ پلینی(پلینیوس)، بسیاری از فیلسوفان یونان همچون فیثاغورث، امپدکلس، دموکریت، و افلاطون برای مطالعهٔ آن به خارج سفر کردند.[۳][۴] پس از او توسط فلاسفهٔ یونان باستان از جمله لئوکیپوس و شاگرد وی دموکریت وهمچنین بعدها در هند و در یکی از شش مدرسهٔ هندوئیسم یعنی وایشِشیکا که توسط کاناد بنیان نهاده شده بود، تدریس می‌شد.
اتم از یک هسته مرکزی با بار مثبت محاطه شده با ابر الکترونی با بار منفی تشکیل شده است. تعریف دیگری آن را به عنوان کوچکترین واحدی در نظر می‌گیرد که ماده را می‌توان به آن تقسیم کرد بدون اینکه اجزاء بارداری از آن خارج شود.[۵] اتم ابری الکترونی، تشکیل‌شده از الکترونها با بار الکتریکی منفی، که هستهٔ اتم را احاطه کرده‌است. هسته نیز خود از پروتون که دارای بار مثبت است و نوترون که از لحاظ الکتریکی خنثی است تشکیل شده‌است. زمانی که تعداد پروتون‌ها و الکترون‌های اتم با هم برابر هستند اتم از نظر الکتریکی در حالت خنثی یا متعادل قرار دارد در غیر این صورت آن را یون می‌نامند که می‌تواند دارای بار الکتریکی مثبت یا منفی باشد. اتم‌ها با توجه به تعداد پروتون‌ها و نوترون‌های آنها طبقه‌بندی می‌شوند. تعداد پروتون‌های اتم مشخص کننده نوع عنصر شیمیایی و تعداد نوترون‌ها مشخص‌کننده ایزوتوپ عنصر است.[۶]

نظریه مکانیک کوانتومی تصویر پیچیده‌ای از اتم ارائه می‌دهد و این پیچیدگی دانشمندان را مجبور می‌کند که جهت توصیف خواص اتم بجای یک تصویر متوسل به تصاویر شهودی متفاوتی از اتم شوند. بعضی وقت‌ها مناسب است که به الکترون به عنوان یک ذره متحرک به دور هسته نگاه کرد و گاهی مناسب است به آنها عنوان ذراتی که در امواجی با موقعیت ثابت در اطراف هسته (مدار: orbits) توزیع شده‌اند نگاه کرد. ساختار مدارها تا حد بسیار زیادی روی رفتار اتم تأثیر گذارده و خواص شیمیایی یک ماده توسط نحوه دسته‌بندی این مدارها معین می‌شود.[۵]

اجزا[ویرایش]

جهت بررسی اجزاء یک ماده، می‌توان به صورت پی در پی آن را تقسیم کرد. اکثر مواد موجود در طبیعت ترکیب شلوغی از مولکول‌های مختلف است. با تلاش نسبتاً کمی می‌توان این مولکول‌ها را از هم جدا کرد. مولکول‌ها خودشان متشکل از اتم‌ها هستند که توسط پیوندهای شیمیایی به هم پیوند خورده‌اند. با مصرف انرژی بیشتری می‌توان اتم‌ها را از مولکول‌ها جدا کرد. اتم‌ها خود از اجزاء ریزتری بنام هسته و الکترون تشکیل شده که توسط نیروهای الکتریکی به هم پیوند خورده‌اند و شکستن آنها انرژی بسی بیشتری طلب می‌کند. اگر سعی در شکستن این اجرا زیر اتمی با صرف انرژی زیاد بکنیم، کار ما باعث تولید شدن ذرات جدیدی می‌شویم که خیلی از آنها بار الکتریکی دارند.[۵] همان‌طور که اشاره شد اتم از هسته و الکترون تشکیل شده‌است. جرم اصلی اتم در هسته قرار دارد؛ فضای اطراف هسته عموماً فضای خالی می‌باشد. هسته خود از پروتون (که بار مثبت دارد)، و نوترون (که بار خنثی دارد) تشکیل شده. الکترون هم بار منفی دارد. این سه ذره عمری طولانی داشته و در تمامی اتم‌های معمولی که به صورت طبیعی تشکیل می‌شوند یافت می‌شود. بجز این سه ذره، ذرات دیگری نیز در ارتباط با آنها ممکن است موجود باشد؛ می‌توان این ذرات دیگر را با صرف انرژی زیاد نیز تولید کرد ولی عموماً این ذرات زندگی کوتاهی داشته و از بین می‌روند.[۵]

اتم‌ها مستقل از اینکه چند الکترون داشته باشند (۳ تا یا ۹۰ تا)، همه تقریباً یک اندازه دارند. به صورت تقریبی اگر ۵۰ میلیون اتم را کنار هم روی یک خط بگذاریم، اندازه آن یک سانتیمتر می‌شود. به دلیل اندازه کوچک اتم‌ها، آنها را با واحدی به نام آنگستروم که برابر ۱۰- ۱۰ متر است می‌سنجند.[۵]

ذرات زیراتمی[ویرایش]

نوشتار اصلی: ذرات زیراتمی

با وجود اینکه منظور از اتم ذره‌ای تجزیه ناپذیر بود، امروز می‌دانیم که اتم از ذرات کوچکتری تشکیل شده‌است. الکترونها، پروتونها و نوترونها ذرات تشکیل دهندهٔ اتم هستند. الیته یون هیدروژن بدون الکترون و نیز هیدروژن-۱ بدون نوترون است.

در مدل استاندارد، الکترون‌ها ذرات بنیادی، یعنی بدون ساختار داخلی، پنداشته می‌شوند؛ در حالی که پروتون‌ها و نوترون از ذرات دیگری به نام کوارک تشکیل شده‌اند.

هسته[ویرایش]

نوشتار اصلی: هسته اتم

هسته دارای نوترون و پروتون است. پروتون دارای بار مثبت (+) و نوترون بدون بار است؛ و در خارج از هسته الکترون وجود دارد که بار آن منفی(-)است.

ابر الکترونی[ویرایش]

این مدل پیشنهاد شده توسط اروین شرودینگر و ایده چندین دانشمند و محقق در سال ۱۹۳۵ می‌باشد در این مدل مانند مدل بور (منظومه شمسی) هسته عمده جرم اتم را تشکیل می‌دهد و در مرکز، الکترون با انرژی مختلف به دور هسته در گردش می‌باشد و الکترونها در لایه‌ای با انرژی معینی وجود ندارند.

مدل‌های اتمی[ویرایش]

مدل اتمی دموکریت[ویرایش]

دموکریت در ۵۰۰سال قبل از میلاد اوّلین تحقیق‌ها را در رابطه با اتم انجام داد. البته نتایج آزمایش‌ها او امروزه هیچ‌کدام مورد قبول نیست اما اصلی‌ترین گام در راستای تحقیق در رابطه با اتم بود. نام اتم به معنای تجزیه ناپذیر را نیز او انتخاب کرد. نظریه‌های او بسیار ابتدایی بود اما باید توجه داشت که تا زمانی که نمی‌توان اتم را به چشم دید صحبت در رابطه با آن نیز تنها حدس است. او بر این عقیده بود که:

  • ماده ساختار ذرّه‌ای دارد یعنی از ذرّه‌ها بسیار کوچکی ساخته شده‌است که خود آن را می‌توان تجزیه ناپذبر نامید.
  • اتم مواد مختلف در شکل بایکدیگر متفاوت است. برای مثال مواد تیز و برنده یا ترش دارای اتمی با لبه‌های تیز به شکل‌هایی چون مثلث هستند یا مواد نرم و شیرین دارای شکلی دایره‌ای است. (البته این مورد در نظرات بعدی کاملاً رد شد)

مدل اتمی دالتون[ویرایش]

نظریهٔ اتمی دالتون: دالتون نظریه اتمی خود را با اجرای آزمایش در هفت بند بیان کرد.

  • ماده از ذره‌های تجزیه ناپذیری به نام اتم ساخته شده‌است.
  • همهٔ اتم‌های یک عنصر، مشابه یکدیگرند.
  • اتم‌ها نه به وجود می‌آیند و نه از بین می‌روند.
  • همهٔ اتم‌های یک عنصر جرم یکسان و خواص شیمیایی یکسان دارند.
  • اتم‌های عنصرهای مختلف به هم متصل می‌شوند و مولکولها را به وجود می‌آورند.
  • در هر مولکول از یک ماده مرکب معین، همواره نوع و تعداد نسبی اتم‌های سازنده ی آن یکسان است.
  • واکنش‌های شیمیایی شامل جابه جایی اتم‌ها و یا تغییر در شیوهٔ اتصال آن‌ها است.

نظریه‌های دالتون نارساییها و ایرادهایی دارد و اما آغازی مهم بود. مواردی که نظریهٔ دالتون نمی‌توانست توجیه کند:

قسمت اول نظریهٔ دالتون تأیید فیلسوف یونانی (دموکریت) بود.

نظریهٔ دالتون از سه قسمت اصلی (قانون بقای جرم - قانون نسبت‌ها معین - قانون نسبت‌های چندگانه) می‌باشد.

مطالعهٔ اتم‌ها و ذرات ریزتر فقط به صورت غیرمستقیم و از روی رفتار (خواص) امکان‌پذیر است.

اولین ذرهٔ زیراتمی شناخته شده الکترون است. مواردی که به کشف و شناخت الکترون منجر شد:

مدل اتمی جوزف تامسون انگلیسی[ویرایش]

مدل اتمی تامسون (کیک کشمشی، مدل هندوانه ای یا ژله میوه دار)

  • الکترون با بار منفی، درون فضای ابرگونه با بار مثبت، پراکنده شده‌اند.
  • اتم در مجموع خنثی است. مقدار بار مثبت با بار منفی برابر است.
  • این ابر کروی مثبت، جرمی ندارد و جرم اتم به تعداد الکترون آن بستگی دارد.
  • جرم زیاد اتم از وجود تعداد بسیار زیادی الکترون در آن ناشی می‌شود.

مدل اتمی ارنست رادرفورد نیوزلندی[ویرایش]

۱)هر اتم دارای یک هسته کوچک است که بیشتر جرم اتم در آن واقع است.

۲)هسته اتم دارای بار الکتریکی مثبت است.

۳)حجم هسته در مقایسه با حجم اتم بسیار کوچک است زیرا بیشتر حجم اتم را فضای خالی تشکیل می‌دهد.

۴)هسته اتم بوسیله الکترونها محاصره شده‌است.

مدل اتمی نیلز بور[ویرایش]

او یکی از محققان موفق در این راه بود که با وجود اشتباه بودن مدل او بازهم در خیلی مکان‌ها مانند انرژی اتمی از آن استفاده می‌شود.

  • اتم دارای هسته کوچک اما سنگین با بار مثبت است
  • هسته در اتم در حجم کمی قرار دارد که اطراف آن الکترون‌ها بر روی مدارهایی مانند منظومه شمسی به دور آن می‌چرخند.

اطلاعات جدیدی اضافه شد:

همچنین ایشان بر این باور بودند که الکترون‌ها بر روی مدارهایی به دور هستهٔ اتم پیوسته در حال گردش اند و این نظریه علاوه بر نارسا بودن اطلاعات

سودمندی در رابطه با ساختار اتم می‌دهد، منظور از نارسا بودن این است که شکل‌های الکترون‌ها به صورت ناقص ترسیم شده می‌باشد در حالی که امروزه می‌دانیم

نظریه کامل تری با نام مد لایه‌ای عرضه شده‌است.

مدل اتمی جیمز چادویک[ویرایش]

قطعاً مدل اتمی بور با اشکال قابل توجهی روبرو بود و آن هم نبود نوترون یا ماده‌ای بود که دافعه‌ی بین پروتون‌ها در مرکز هسته را از بین ببرد. از اینرو چادویک با تاکید بر درستی مدل منظومه شمسی نیلز بور، با توضیح وجود نوترون در هستهٔ اتم، ایراد آن را برطرف کرد. از آن به بعد اصلاحات دیگری بر روی توضیح هستهٔ اتم انجام نشده است. البته دانشمندان بزرگی همچون اروین شرودینگر، پس از او نظریات اتمی بسیاری ارائه کرده اند، ولی هنوز هم (در رابطه با هسته اتم)، کاملترین نظریه متعلق به جیمز چادویک است.

مدل اتمی لایه‌ای[ویرایش]

یک مدل اتمی است که امروزه پذیرفته شده‌است ولی هنوز از مدل اتمی بور برای نمایش اتم استفاده می‌شود. در این مدل مانند مدل بور هسته که عمدهٔ جرم اتم را تشکیل داده در مرکز اتم قرار دارد و الکترون‌ها با انرژی‌های مختلف به دور هسته در حال گردش هستند. با این تفاوت که در این مدل الکترون‌ها به شکل ابری که ابر الکترونی نامیده شده‌است در اطراف هسته اتم و در فضای بسیار بزرگی که قطر آن ۱۰۰۰۰ برابر قطر هستهٔ اتم است در حرکتند.

شنیده شدن صدای اتم[ویرایش]

محققان دانشگاه صنعتی چالمرز سوئد برای نخستین بار از صوت برای برقراری ارتباط با یک اتم مصنوعی استفاده کردند. تعامل بین اتم و نور پدیده‌ای شناخته شده است و به طور وسیعی در دانشکوانتومی به کار می‌رود، با این حال دستیابی به همان میزان تعامل با استفاده از امواج صوتی فرآیندی چالش برانگیزتر است. هم اکنون، محققان دانشگاه چالمرز موفق به جفت کردن امواج صوتی با یک اتم مصنوعی شده‌اند و این موفقیت با همکاری فیزیک دانان نظری و تجربی حاصل شده است. ‏ «پر دلسینگ‏»، رهبر تیم تحقیقاتی تجربی، در اینباره گفت: با صحبت کردن و گوش دادن به اتم‌ها دریچه جدیدی را به جهان کوانتومی گشودهایم. هدف بلندمدت ما مهارکردن فیزیک کوانتومی است به طوری که بتوانیم از قوانین آن نهایت استفاده را بکنیم به طور مثال، در ساخت رایانه‌های بینهایت پرسرعت ببریم. ما این کار را با خلق مدارهای الکتریکی انجام می‌دهیم که از قوانین کوانتومی طبعیت می‌کند. وی ادامه داد: یک اتم مصنوعی مثالی از چنین مدار الکتریکی کوانتومی است و درست مانند یک اتم طبیعی می‌توان آن را با انرژی شارژ کرد. این انرژی معمولاً در شکل یک ذره ساطع می‌شود که این ذره، معمولاً یک ذره نور است. با این حال، اتم موجود در آزمایش دانشمندان دانشگاه چالمرز برای ساطعکردن و جذبکردن انرژی در شکل صوت طراحی شده بود. جزئیات این موفقیت علمی در مجله Science منتشر شد.

پانویس[ویرایش]

  1. Définitions lexicographiques [archive] et étymologiques [archive] de «atome» du Trésor de la langue française informatisé, sur le site du Centre national de ressources textuelles et lexicales
  2. The works of Apuleius, page 247
  3. Livingstone, page 218
  4. Iranica, Smith 2003
  5. ۵٫۰ ۵٫۱ ۵٫۲ ۵٫۳ ۵٫۴ مقاله اتم، دانشنامه بریتنیکا
  6. ویکی‌پدیای انگلیسی

منابع[ویرایش]